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Guide complet du rendement des panneaux solaires

Les consommateurs souhaitant faire poser des panneaux solaires chez eux sont de plus en plus nombreux, mais il peut être difficile de savoir par où commencer. Un point reste souvent obscur : le rendement des panneaux solaires. Pour faire le bon choix, il est essentiel de comprendre ce qu’est le rendement, à quoi correspondent les chiffres avancés par les constructeurs et de pouvoir estimer la quantité d’électricité qui sera produite. Ce guide aborde tous ces aspects et détaille les paramètres à prendre en compte et les calculs à réaliser.

rendement des panneaux solaires

Que signifie le rendement d’un panneau solaire ?

Le rendement d’un panneau solaire photovoltaïque est une donnée très importante pour le consommateur qui veut faire installer une petite centrale solaire chez lui : il se basera sur cette information pour choisir le type de panneau, le modèle exact qui sera installé, le nombre de modules nécessaires, etc. Bien sûr, les particuliers n’ont pas à faire ce choix seul, et les installateurs professionnels ont l’habitude de conseiller leur clientèle sur tous ces points. Le rendement d’un panneau solaire peut faire référence à deux notions distinctes :

  1. le rendement en pourcentage annoncé par les fabricants correspond à la proportion d’énergie solaire reçue par le panneau qui est effectivement transformée en électricité. Un panneau dont le rendement est de 17 % utilise 17 % de l’énergie provenant du soleil pour produire de l’électricité. Le reste se dissipe principalement sous forme de chaleur ;
  2. le terme de rendement est également utilisé pour déterminer quelle est la production d’un panneau solaire. Dans ce cas-là, « rendement » fait généralement référence à la quantité d’électricité exprimée en kilowattheure (kWh) par année par un ou plusieurs panneaux.

Dans le cas des panneaux solaires thermiques :

  1. le rendement constructeur est la proportion d’énergie solaire qui peut être récupérée sous forme de chaleur, pour la production d’eau chaude sanitaire ou le chauffage d’un bâtiment ;
  2. la production annuelle de chaleur est là aussi exprimée en kilowattheure. En effet, le kWh désigne une quantité d’énergie, quelle que soit sa forme (électricité, chaleur, gaz naturel, fioul, etc.).

Rendement financier des panneaux solaires

Le terme « rendement » peut aussi faire référence à la rentabilité financière d’une installation solaire, autrement dit les sommes d’argent générées par rapport à l’investissement initial. Le champ de cet article se limite aux rendements constructeurs et aux données utiles pour estimer la production annuelle de panneaux solaires. Les lecteurs souhaitant se renseigner sur l’aspect économique sont invités à consulter notre article sur le calcul de rentabilité des panneaux solaires.

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Quel est le rendement des panneaux solaires ?

Le rendement en pourcentage d’un panneau photovoltaïque dépend de nombreux critères, notamment :

  • du type de panneaux photovoltaïques choisi, c’est-à-dire de la technologie utilisée (monocristallin, polycristallin, souple, hybride, etc.) ;
  • de la qualité des matériaux qui entrent dans la production du module ;
  • des processus de fabrication employés par le fabricant.

Aujourd’hui, plus de 90 % des installations photovoltaïques réalisées en France concernent des panneaux polycristallins ou monocristallins. Ce sont les modules vitrés, bleus ou noirs, que l’on aperçoit sur de nombreuses toitures. Selon les modèles :

  • le rendement des panneaux polycristallins est en principe compris entre 14 et 18 % ;
  • le rendement des panneaux monocristallins varie généralement entre 16 et 25 %.

La différence en termes de rendement n’est donc pas énorme entre ces deux technologies, et il est plus intéressant de choisir un module polycristallin de bonne qualité qu’un panneau monocristallin (généralement un peu plus cher) de mauvaise qualité. Pour être sûr de faire le bon choix, l’idéal est de demander l’avis d’installateurs professionnels : ils ont l’habitude de réaliser des études de rentabilité et ont du recul sur les performances des panneaux de différents fabricants.

Évolution du rendement des panneaux photovoltaïques dans le temps

Les rendements affichés par les fabricants de panneaux solaires concernent les cellules photovoltaïques neuves, à leur sortie d’usine. Il faut souligner que les performances d’un module diminuent chaque année du fait du vieillissement des composants. Cette baisse est de l’ordre de 0,5 à 1 % par an sur la plupart des modèles. Pour les panneaux les plus récents de très bonne qualité, cette baisse de rendement des panneaux solaires est limitée à 0,25 % chaque année.

Les consommateurs qui souhaitent faire poser des panneaux solaires choisissent dans la grande majorité des cas des panneaux de silicium cristallin (poly- ou mono-). En effet, la durée de vie de ces panneaux solaires est longue (30 à 40 ans), ils ont un bon rapport qualité-prix et ils permettent un raccordement de l’installation solaire au réseau d’électricité. Cependant, les panneaux cristallins ne sont pas les seules options :

  • le rendement des panneaux amorphes, ou souples, est inférieur à 10 %, le plus souvent compris entre 5 et 7 %. Ces panneaux produisent donc moins d’électricité et ils ont généralement une durée de vie assez courte (environ 10 ans), mais ils ont l’avantage d’être moins onéreux ;
  • les panneaux aérovoltaïques ont un rendement augmenté de 5 à 10 % par rapport aux panneaux photovoltaïques cristallins. Cela s’explique par le refroidissement actif des cellules en fonctionnement. Toutefois, la hausse de production ne suffit pas toujours à compenser un prix bien plus élevé que pour une centrale classique ;
  • les panneaux solaires hybrides hydrauliques voient eux aussi leur rendement augmenté de 5 à 10 % grâce au système de refroidissement des modules. Comme dans le cas précédent, la hausse des coûts n’est pas toujours rentabilisée ;
  • le rendement des panneaux solaires en pérovskite est supérieur de 33 % par rapport à ce qui peut être obtenu avec des panneaux de silicium pur et leurs coûts de production devraient chuter dans les années à venir pour les rendre très abordables. Toutefois, ils sont aujourd’hui toujours en phase de développement, et plusieurs années s’écouleront encore avant qu’ils ne soient installés sur nos toitures.

Toutes ces données sont valables pour des appareils neuf et, surtout, propres. Rappelons que la saleté peut faire diminuer le rendement d’un module de 2 à 7 % ; il est donc indispensable de nettoyer les panneaux solaires correctement et régulièrement, ou de le faire faire par un professionnel.

Type de moduleRendement constructeur habituel
MinimumMaximum
Photovoltaïque à siliciumPolycristallin14 %18 %
Monocristallin16 %25 %
Amorphe5 %7 %
Hybride à eau ou aérovoltaïquePolycristallin15 %20 %
Monocristallin17 %28 %
Photovoltaïque à pérovskite19 %33 %
Rendement moyen des panneaux photovoltaïques selon la technologie utilisée

Rendement des panneaux solaires thermiques

Les rendements du thermique sont bien plus élevés que ceux du photovoltaïque, car il est plus simple de récupérer la chaleur provenant du soleil que de la transformer en électricité. Les performances attendues dépendent là aussi de la technologie utilisée, et les rendements des panneaux solaires à eau chaude sont d’environ :

  • 80 % pour les capteurs solaires à plan vitré ;
  • 90 % pour les capteurs non-vitrés, mais avec une forte baisse en hiver ;
  • 55 % pour les capteurs à tube sous vide, mais avec une constance été-hiver plus importante que les autres types de panneaux.

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Comment calculer le rendement d’un panneau solaire ?

Pour faire le bon choix lors de l’achat d’un panneau solaire, il est intéressant de regarder les rendements constructeurs pour comparer les différents modèles. Toutefois, pour bien dimensionner une installation photovoltaïque, c’est un calcul de production du panneau solaire qu’il faut réaliser.

Le rendement réel des panneaux solaires dépend notamment de :

En se basant sur ces trois points, il est possible d’estimer précisément la quantité d’électricité qui peut être produite annuellement par les panneaux photovoltaïques.

Combien faut-il de panneaux solaires ?

Les centrales photovoltaïques domestiques (installées chez des particuliers) sont généralement composées de plusieurs modules (ou panneaux) photovoltaïques. Pour pouvoir faire une simulation de la production photovoltaïque annuelle, il faut donc commencer par déterminer le nombre de panneaux solaires nécessaires. Celui-ci dépend principalement de la consommation annuelle du foyer, mais il est également possible d’estimer la consommation électrique d’un logement avant même sa construction. d’autres facteurs peuvent faire varier la taille de l’installation, comme la surface disponible sur le toit. ils sont récapitulés ci-dessous pour une installation en autoconsommation avec revente de surplus, mode de consommation le plus choisi aujourd’hui.

ParamètresNombre de panneaux
8 à 1216 à 2025 à 30
Puissance installée3 kWc6 kWc9 kWc
Consommation électrique annuelleInférieure à 11 000 kWhEntre 11 000 et 17 000 kWhSupérieure à 17 000 kWh
Surface habitableInférieure à 70 m²Entre 70 et 110 m²Supérieure à 110 m²
Surface utilisable en toiture15 à 25 m²33 à 47 m²50 à 70 m²
Prix TTC de la centrale photovoltaïque7 500 à 14 000 €12 500 à 19 500 €17 500 à 24 500 €
Critères influençant le nombre de panneaux photovoltaïques posés

Pour estimer le rendement de panneaux solaires, il est plus précis de se baser sur la puissance installée que sur le nombre de modules. Exprimée en kilowatt-crête (kWc), elle correspond à la puissance du panneau dans des conditions précises qui peuvent être testées en laboratoire. C’est une unité qui a été créée spécialement pour comparer les appareils de production photovoltaïque.

Pour les simulations de taille et de puissance, les trois cas de figure qui sont habituellement choisis sont 3, 6 et 9 kWc. Dans la pratique, les centrales posées chez les consommateurs sont rarement exactement de ces puissances, mais ces trois paliers permettent de se faire une idée de ce qui est possible. Il faut savoir qu’il est tout à fait envisageable de faire poser uniquement deux ou trois panneaux pour une puissance totale inférieure ou égale à 1 kWc pour les personnes ayant un petit budget ou une toiture de taille réduite.

Avoir de l’électricité verte moins chère

La rentabilité de l’énergie solaire est généralement bonne, et les particuliers décidant d’investir y sont la plupart du temps gagnants. Toutefois, tous les ménages n’ont pas l’épargne disponible pour réaliser un tel investissement, ni la possibilité de faire un emprunt. Cela ne signifie pas pour autant que ces ménages ne peuvent pas consommer de l’électricité d’origine renouvelable ou faire des économies sur leurs factures. En effet, il existe aujourd’hui de nombreuses offres d’électricité verte qui s’adaptent à tous les ménages.

Une fois le nombre de panneaux et la puissance de l’installation déterminés, le consommateur peut estimer la quantité d’électricité moyenne annuelle qui sera produite par les panneaux. Elle est normalement comprise entre 900 et 1 400 kWh chaque année par kWc installé. Cela donne par exemple :

  • 2 700 à 4 200 kWh par an pour une centrale de 3 kWc ;
  • 5 400 à 8 400 kWh par an pour une centrale de 6 kWc ;
  • 8 100 à 12 600 kWh par an pour une centrale de 9 kWc.

Rendement d’un panneau solaire par région

L’énergie solaire est inégalement repartie sur Terre : certaines régions sont plus chaudes que d’autres. Cela a bien sûr un impact sur la production photovoltaïque, car le rendement d’un panneau solaire en Île-de-France n’est pas le même que pour un module identique installé dans le Midi. La donnée essentielle pour estimer la production de panneaux photovoltaïques est le nombre d’heures d’ensoleillement annuel dans le lieu d’implantation. La carte ci-dessous donne un ordre d’idée de ce qui peut être attendu.

carte ensoleillement France
Source : « Le chauffage et l’eau chaude solaires », édition juin 2019, ADEME

Cette carte prend en compte la course du soleil tout au long de l’année, mais aussi le climat de chaque région : le rendement d’un panneau solaire par temps couvert est bien plus faible que lorsque le temps est parfaitement dégagé. Pour les familles vivant dans une zone au temps particulièrement gris, il faut savoir que certains modules développés récemment sont conçus spécialement pour optimiser le rendement du panneau par temps nuageux.

Une fois la quantité d’ensoleillement déterminée, il est possible d’affiner les prédictions de rendement en fonction de ce paramètre et de la puissance installée. Dans le tableau ci-dessous, les trois cas les plus habituels sont repris (3, 6 et 9 kWc) ; il est tout à fait possible de modifier ces données proportionnellement pour obtenir des estimations avec d’autres puissances.

Ensoleillement annuelPuissance des panneaux solaires
3 kWc6 kWc9 kWc
Moins de 1 750 h2 700 kWh5 400 kWh8 100 kWh
De 1 750 à 2 000 h3 000 kWh6 000 kWh9 000 kWh
De 2 000 à 2 250 h3 300 kWh6 600 kWh9 900 kWh
De 2 250 h à 2 500 h3 600 kWh7 200 kWh10 800 kWh
De 2 500 à 2 750 h3 900 kWh7 800 kWh11 700 kWh
Plus de 2 750 h4 200 kWh8 400 kWh12 600 kWh
Production photovoltaïque annuelle moyenne en kWh selon l’ensoleillement

Ces valeurs sont une bonne approximation des rendements qui peuvent être obtenus en fonction de la puissance des panneaux photovoltaïques et de la zone géographique. Toutefois, ils se basent sur l’hypothèse que ces modules sont posés avec une orientation et une inclinaison optimales et qu’aucun arbre, bâtiment ou montagne ne leur fait de l’ombre.

Rendement d’un panneau solaire à l’ombre

Pour obtenir le meilleur rendement des panneaux solaires, il est essentiel que ceux-ci soient autant que possible exposés à la lumière directe du soleil. Un toit fortement ombragé n’est pas idéal pour l’installation de modules photovoltaïques. Pour les maisons qui se trouvent dans ce cas-là, des solutions existent, notamment :

  • la pose de panneaux au sol (attention, l’électricité ne pourra pas être revendue à EDF Obligation d’Achat) ;
  • l’installation de modules sur une pergola, un abri voiture, une véranda, etc. Son emplacement peut être choisi spécialement pour convenir à la centrale photovoltaïque et permettre le raccordement des panneaux au réseau ou la pose d’un simple kit solaire ;
  • pour les toits partiellement ombragés (lucarne, cheminée, etc.), il est conseillé d’investir dans des micro-onduleurs plutôt que dans un onduleur central. Ainsi, l’ombre projetée sur une partie de l’installation n’arrêtera pas la production du reste des panneaux.

Rendement d’un panneau solaire en fonction de l’orientation et l’inclinaison

L’inclinaison et l’orientation des panneaux photovoltaïques jouent un rôle capital dans la quantité d’électricité qui peut être produite :

  • dans l’hémisphère nord, l’exposition idéale est plein sud ; sud-est et sud-ouest sont des orientations très favorables, et est et ouest peuvent fournir de bons résultats si la puissance installée est adaptée ;
  • dans l’hémisphère sud, les orientations conseillées sont plein nord, puis nord-est et nord-ouest, puis est ou est.

La perte de rendement due à une orientation non optimale peut se mesurer, les informations nécessaires sont récapitulées dans le tableau ci-dessous :

OrientationDiminution de la production en %
Sud0 %
Sud-est5 %
Sud-ouest
Est20 %
Ouest
Baisse de rendement des panneaux photovoltaïques selon l’orientation

En ce qui concerne l’inclinaison des modules photovoltaïques, l’angle idéal dépend principalement de la latitude à laquelle se trouve la centrale solaire. Un autre point à prendre en considération est l’utilisation qui sera faite de l’électricité, plus particulièrement la période à laquelle la production doit être maximisée. En effet, le rendement d’un panneau solaire à plat sera plutôt bon en été, lorsque le soleil est haut dans le ciel, mais il chutera à la saison froide. Au contraire, pour augmenter le rendement des panneaux solaires en hiver, il est conseillé de leur donner une inclinaison importante ; ils capteront toutefois moins d’énergie solaire à la belle saison.

Il faut savoir que certaines structures (généralement au sol ou sur toiture plate) permettent de régler l’inclinaison des panneaux soi-même. Il est alors conseillé de modifier la pente deux fois par an, au printemps et à l’automne.

Pour toutes les personnes cherchant à connaître l’angle idéal pour avoir un bon rendement avec des panneaux solaires fixes en France, voici quelques exemples :

LieuInclinaison conseillée
Production optimale à l’annéeProduction maximale en hiver
MétropoleCalais41°61°
Paris39°59°
Grenoble35°55°
Marseille33°53°
Corse32°52°
Outre-merGuadeloupe26°
Martinique25°
Guyane14°
Mayotte23°
La Réunion11°31°
Nouvelle-Calédonie12°32°
Inclinaison des panneaux solaires en France pour maximiser le rendement

Bien sûr, dans la majorité des cas, la toiture qui doit recevoir les panneaux solaires n’a pas précisément l’inclinaison recommandée. Cela ne signifie pas pour autant qu’il ne serait pas intéressant de faire installer des panneaux photovoltaïques. En effet, les rendements restent tout à fait corrects avec une pente différente. Les baisses de rendement approximatives occasionnées sont listées dans le tableau ci-dessous :

Différence entre inclinaison réelle et optimaleBaisse de rendement
10°2 %
20°6 %
30°14 %
40°25 %
Baisse de la production photovoltaïque avec une inclinaison non idéale

Il est possible de calculer simultanément la baisse de rendement associée à l’orientation et à l’inclinaison, pour les cas où ces deux paramètres ne sont pas tout à fait optimaux ; cela est très courant. La diminution de la production en fonction de ces deux paramètres est illustrée dans le tableau ci-dessous :

Tableau de diminution du rendement des panneaux solaires selon l'inclinaison et l'orientation
Diminution de rendement de panneaux solaires selon l’inclinaison et l’orientation

Calcul de rendement de panneaux solaires

Les informations détaillées ci-dessus devraient permettre au lecteur de faire une simulation de production annuelle des panneaux solaires pour la grande majorité des projets photovoltaïques. La formule pour trouver le rendement des panneaux solaires consiste à :

  1. choisir la puissance qui sera installée ;
  2. trouver le nombre d’heures d’ensoleillement annuel sur la carte présentée ci-dessus ;
  3. identifier la production annuelle (en kWh) en conditions idéales ;
  4. déterminer l’orientation et l’inclinaison du lieu d’installation ;
  5. appliquer le pourcentage de baisse de rendement lié à l’orientation et l’inclinaison à la production annuelle.
  6. le résultat obtenu correspond à la production annuelle moyenne qui devrait être obtenue.

Si le résultat obtenu (en kWh) n’est pas suffisant compte tenu des objectifs visés, il convient de choisir une puissance plus élevée ou d’envisager une installation plus adaptée (meilleures orientation et inclinaison). Cela fera cependant certainement augmenter le coût du projet. Bien sûr, les chiffres présentés ici permettent d’obtenir un ordre de grandeur et ne constituent pas une assurance que ces performances seront atteintes. Pour avoir une étude personnalisée professionnelle, il est conseillé de contacter un installateur.

Rendement panneau solaire en fonction de la température

Une température très élevée peut faire baisser le rendement des modules photovoltaïques, car la surchauffe des composants électriques les rend moins performants. Cet aspect n’est pas pris en compte dans les calculs ci-dessus. En effet, il est extrêmement difficile de prévoir les températures qui pourront être atteintes par les cellules photovoltaïques sans analyse poussée. Pour limiter la baisse de rendement du panneau solaire due à la chaleur, il est conseillé de faire poser les modules en surimposition. Il est également possible d’investir dans des panneaux hybrides ou aérovoltaïques qui ont un système de refroidissement efficace.

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Quelle est la rentabilité des panneaux solaires ?

Jusqu’ici, les informations présentées se limitent aux rendements affichés par les fabricants de panneaux solaires et à la production photovoltaïque annuelle prévisionnelle. Ces calculs sont la base d’un calcul de rentabilité des panneaux solaires. Pour la trouver, il faut :

  1. convertir la production attendue en euros en déterminant les économies réalisées et/ou les recettes engrangées grâce au tarif d’achat subventionné du photovoltaïque ;
  2. calculer le montant total des aides aux panneaux solaires qui pourront être touchées ;
  3. estimer tous les frais liés au projet (prix d’achat et de raccordement, entretien, imposition, etc.).

C’est avec tous ces éléments que la rentabilité d’un projet photovoltaïque peut être trouvée.

Comment faire des économies sur les factures d’électricité ?

Il est possible de faire baisser les factures d’électricité, soit en diminuant les consommations (il faut alors faire la chasse aux mauvaises habitudes), soit en faisant un comparatif des différents fournisseurs d’électricité pour choisir celui proposant le prix du kWh le plus intéressant.

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